مراجعة للابتكارات في هندسة الأنسجة والطب التجديدي تشمل استخدام المواد البيولوجية، وإنشاء الهياكل الداعمة، والذكاء الاصطناعي في الخلايا الجذعية.
محتوى المقالة الرئيسي
الملخص
على مدى العقدين الماضيين، برزت هندسة الأنسجة والطب التجديدي كأحد أسرع التخصصات العلمية نموًا، مدفوعةً بتكامل المواد الحيوية والخلايا الجذعية وتقنيات السقالات والذكاء الاصطناعي لإعادة بناء الأنسجة واستعادة وظائفها. توفر المواد الحيوية الطبيعية بيئة غنية بالمؤشرات الحيوية، إلا أنها محدودة في التطبيقات الهيكلية نظرًا لضعف استقرارها الميكانيكي. في المقابل، توفر المواد الاصطناعية تحكمًا مرنًا في الخصائص الميكانيكية ومعدلات التحلل، ولكن مع توافق حيوي محدود، مما يجعل المواد الحيوية الهجينة خيارًا واعدًا. ساهمت تقنيات الغزل الكهربائي والطباعة الحيوية ثلاثية ورباعية الأبعاد في تطوير سقالات تحاكي المصفوفة خارج الخلوية، على الرغم من استمرار التحديات المتعلقة بالمسامية العميقة والاستقرار الميكانيكي والطباعة المنتظمة. تُعد الخلايا الجذعية الوسيطة الخيار السريري الأكثر شيوعًا، بينما تحمل الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات إمكانات واعدة في الطب الشخصي، على الرغم من المخاوف المتعلقة بالسلامة الجينية. يمثل العلاج القائم على الإكسوزومات بديلاً آمنًا وفعالًا للعلاج بالخلايا الكاملة. يُمكّن الذكاء الاصطناعي من التنبؤ بسلوك المواد الحيوية والخلايا، ويُحسّن الطباعة الحيوية، ويُتيح اختبار النماذج الافتراضية عبر التوائم الرقمية. مع ذلك، يُعيق الاستخدام السريري الواسع النطاق نقص المعايير التنظيمية والبيانات، فضلاً عن صعوبة فهم النماذج. تشمل تحديات هندسة الأنسجة إمداد الدم، والاستجابة المناعية، والقضايا الأخلاقية والقانونية. تُؤكد الأبحاث على الحاجة إلى جهود بحثية مُنسقة ومتعددة التخصصات. يُمثل هذا التكامل أساسًا لجيل جديد من الطب التجديدي قادر على تجاوز العقبات الحالية واستعادة الوظائف الحيوية بدقة واستدامة.
تفاصيل المقالة

هذا العمل مرخص بموجب Creative Commons Attribution 4.0 International License.
المراجع
Murphy, S. V., & Atala, A. (2014). 3D bioprinting of tissues and organs. Nature Biotechnology,
(8), 773–785. https://doi.org/10.1038/nbt.2958
Zhang, Y. S., Yue, K., Aleman, J., et al. (2017). 3D bioprinting for tissue and organ fabrication.
Annals of Biomedical Engineering, 45(1), 148–163. https://doi.org/10.1007/s10439-016-1612-8
Groll, J., Boland, T., Blunk, T., et al. (2016). Biofabrication: reappraising the definition of an
evolving field. Biofabrication, 8(1), 013001. https://doi:10.1088/1758-5090/8/1/013001
Mandrycky, C., Wang, Z., Kim, K., & Kim, D. H. (2016). 3D bioprinting for engineering complex
issues. Biotechnology advances, 34(4), 422-434. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.12.011
Daly, A. C., Prendergast, M. E., Hughes, A. J., & Burdick, J. A. (2021). Bioprinting for the
biologist. Cell, 184(1), 18–32. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.12.002
Xue, J., Wu, T., Dai, Y., & Xia, Y. (2019). Electrospinning and electrospun nanofibers: methods,
materials, and applications. Chemical reviews, 119(8), 5298-5415.
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00593
Li, D., & Xia, Y. (2004). Electrospinning of nanofibers: reinventing the wheel? Advanced Materials,
(14), 1151–1170. https://doi.org/10.1002/adma.200400719
Huang, Z. M., Zhang, Y. Z., Kotaki, M., & Ramakrishna, S. (2003). A review on polymer
nanofibers by electrospinning. Composites Science and Technology, 63(15), 2223–2253.
https://doi.org/10.1016/S0266-3538(03)00178-7
Bhardwaj, N., & Kundu, S. C. (2010). Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique.
Biotechnology Advances, 28(3), 325–347. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2010.01.004
Pant, H. R., Neupane, M. P., Pant, B., et al. (2011). Electrospun nanofibers for biomedical
applications. Polymer Reviews, 51(3), 135–176.
Bianco, P., Robey, P. G., & Simmons, P. J. (2008). Mesenchymal stem cells: Revisiting history,
concepts, and assays. Cell Stem Cell, 2(4), 313–319. https://doi.org/10.1016/j.stem.2008.03.002
Caplan, A. I. (1991). Mesenchymal stem cells. Journal of Orthopaedic Research, 9(5), 641–650.
https://doi.org/10.1002/jor.1100090504
Caplan, A. I., & Correa, D. (2011). The MSC: An injury drugstore. Cell Stem Cell, 9(1), 11–15.
https://doi.org/10.1016/j.stem.2011.06.008
Dominici, M., Le Blanc, K., Mueller, I., et al. (2006). Minimal criteria for defining multipotent
mesenchymal stromal cells. Cytotherapy, 8(4), 315–317.
https://doi.org/10.1080/14653240600855905
Pittenger, M. F., Mackay, A. M., Beck, S. C., et al. (1999). Multilineage potential of adult human
mesenchymal stem cells. Science, 284(5411), 143–147.
https://doi.org/10.1126/science.284.5411.143
Engler, A. J., Sen, S., Sweeney, H. L., & Discher, D. E. (2006). Matrix elasticity directs stem cell
lineage specification. Cell, 126(4), 677–689. https://doi.org/10.1016/j.cell.2006.06.044
Discher, D. E., Janmey, P., & Wang, Y.-L. (2005). Tissue cells feel and respond to the stiffness of
their substrate. Science, 310(5751), 1139–1143. https://doi.org/10.1126/science.1116995
Trappmann, B., & Chen, C. S. (2013). How cells sense extracellular matrix stiffness. Current
Opinion in Cell Biology, 25(5), 582–588. https://doi.org/10.1016/j.ceb.2013.06.002
Yue, K., Trujillo-de Santiago, G., Alvarez, M. M., et al. (2015). Synthesis, properties, and
biomedical applications of gelatin methacryloyl (GelMA) hydrogels. Biomaterials, 73, 254–271.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2015.08.045
O’Brien, F. J. (2011). Biomaterials & scaffolds for tissue engineering. Materials Today, 14(3), 88–
https://doi.org/10.1016/S1369-7021(11)70058-X
Hutmacher, D. W. (2000). Scaffolds in tissue engineering bone and cartilage. Biomaterials,
(24), 2529–2543. https://doi.org/10.1016/S0142-9612(00)00121-6
Woodruff, M. A., & Hutmacher, D. W. (2010). The return of a forgotten polymer—polycaprolactone
in the 21st century. Progress in Polymer Science, 35(10), 1217–1256.
https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2010.04.002
Kazem Mehdi Kazem & et al. Libyan Journal of Medical and Applied Sciences 4(1) (2026), 1-15
Takahashi, K., & Yamanaka, S. (2006). Induction of pluripotent stem cells from mouse fibroblasts
by defined factors. Cell, 126(4), 663–676. https://doi.org/10.1016/j.cell.2006.07.024
Thomson, J. A., Itskovitz-Eldor, J., Shapiro, S. S., et al. (1998). Embryonic stem cell lines derived
from human blastocysts. Science, 282(5391), 1145–1147.
https://doi.org/10.1126/science.282.5391.1145
Nosrati, H., Sefidi, N., Sharafi, S., et al. (2021). Artificial intelligence in regenerative medicine:
Applications and perspectives. Stem Cell Research & Therapy, 12, 427.
https://doi.org/10.1186/s13287-021-02543-9
Wu, Y., Ding, X., Wang, Y., & Ouyang, D. (2023). Harnessing machine learning in tissue
engineering. Burns & Trauma, 11, tkad040. https://doi.org/10.1093/burnst/tkad040
Yang, Y., Wu, S., Yu, L., et al. (2022). Machine learning for materials science. Nature Reviews
Materials, 7, 449–469. https://doi.org/10.1007/s42243-024-01179-5
Gelmi, A., & Schutt, C. E. (2021). Stimuli-responsive biomaterials: Scaffolds for stem cell control.
Advanced Healthcare Materials, 10(1), e2001125. https://doi.org/10.1002/adhm.202001125
Ramesh, S., Mehendale, N., McGowan, S., et al. (2021). Artificial intelligence in 3D bioprinting.
Biofabrication, 13(4), 042002. https://doi.org/10.1088/1758-5090/ac1fcb
Thiele, J., Ma, Y., Bruekers, S. M. C., et al. (2014). Designer hydrogels for cell cultures. Advanced
Materials, 26(1), 125–148. https://doi.org/10.1002/adma.201302958
Crapo, P. M., Gilbert, T. W., & Badylak, S. F. (2011). An overview of tissue and whole organ
decellularization processes. Biomaterials, 32(12), 3233–3243.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.01.057
Badylak, S. F., Taylor, D., & Uygun, K. (2011). Whole-organ tissue engineering: Decellularization
and recellularization. Annual Review of Biomedical Engineering, 13, 27–53.
https://doi.org/10.1146/annurev-bioeng-071910-124743
Daly, A. C., Davidson, M. D., & Burdick, J. A. (2021). 3D bioprinting of high cell-density
heterogeneous tissue models. Nature Communications, 12, 753. https://doi.org/10.1038/s41467-
-21029-2
Kang, H. W., Lee, S. J., Ko, I. K., et al. (2016). A 3D bioprinting system to produce human-scale
tissue constructs. Nature Biotechnology, 34(3), 312–319. https://doi.org/10.1038/nbt.3413
Langer, R., & Vacanti, J. P. (1993). Tissue engineering. Science, 260(5110), 920–926.
Mason, C., & Dunnill, P. (2008). A brief definition of regenerative medicine. Regenerative
Medicine, 3(1), 1–5. https://doi.org/10.2217/17460751.3.1.1
Williams, D. F. (2019). Challenges with the development of biomaterials for sustainable tissue
engineering. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 7, 127.
https://doi.org/10.3389/fbioe.2019.00127
Martelli, A., Bellucci, D., & Cannillo, V. (2025). The role of artificial intelligence in biomaterials
science: A review. Polymers (Basel), 17(19), 2668. https://doi.org/10.3390/polym17192668
Zhou, B., Li, X., Pan, Y., He, B., & Gao, B. (2025). Artificial intelligence-assisted next-generation
biomaterials: From design and preparation to medical applications. Colloids and Surfaces B:
Biointerfaces, 114970. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2025.114970